小型污水处理设备自动控制及远程监测系统设计

2021-10-28刘文辉

山西交通科技 2021年4期

刘文辉

（山西省交通新技术发展有限公司，山西太原 030012）

近年来高速出行人数不断增加，环保要求日益严格，污水处理已经成为当前高速公路管理亟待解决的问题之一。高速服务区（停车区）作为高速出行过程中的重要节点，必须加强污水处理设施的建设，以确保出水水质能够达到当地环保标准。高速服务区站点分散、单个站点污水量小，因此在建设时宜采用小型一体化污水处理设备。

为了便于分散站点污水处理设备的统一运维管理，小型一体化污水处理设备必须具有较高的自动化程度，并能够进行远程集中运维管理[1]。根据某高速服务区AO+MBR+深度处理工艺，基于PLC和4G远程监测，设计了小型污水处理设备自动控制及远程监测系统，实现了设备全过程参数化自动运行，能够根据过程溶氧变化及水量波动调整系统运行参数，并对过程运行数据远程实时监测，提高了设备运行的稳定性。

1 工艺流程

某高速服务区小型污水处理设备，设计日处理水量为120 m3，出水水质满足山西省地方标准《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019）中生活污水污染物排放限值，采用AO生化+MBR+深度处理工艺，产生中水用于冲厕、绿化。

小型污水处理设备工艺流程如图1所示，原水经由提升井、调节池进入预反应池、厌氧池、好氧池进行生化处理，除去部分大颗粒物，然后进入MBR池，通过生物膜过滤作用得到净化的中水，之后通过加药、絮凝、沉淀、双介质过滤深度处理工艺进一步降低氨氮、总磷后流入清水池以供后续中水回用。

图1 污水处理设备工艺流程图

2 电气系统设计

2.1 设备类型及系统参数化要求

污水处理工艺主要包括进水、回流、曝气、产水、加药等流程，控制过程涉及的设备为水泵、风机、液位计、消毒加药、流量计、压力计等[2]。由于高速服务区污水日处理量随季节波动较大，并且北方地区季节温度变化较大对生化反应要求的水力停留时间有一定差异，小型污水处理设备的运行参数需要根据实际运行情况进行调节。设备类型及参数要求如表1（第105页）所示。

表1 设备类型及参数要求

2.2 工作模式

设备运行包括手动和自动两种模式，手动模式为设备调试或故障检修时测试所用，自动模式为设备连续自动运行时所用[3]。各设备按照以下逻辑自动工作：

a）提升泵在提升井高液位时工作，直到液位为低，同时两台提升泵轮换工作、互为备用。b）进水泵按照设置时间工作，在调节池高液位、膜池低液位时工作，直到调节池为低液位或膜池为高液位时停止，轮换工作、互为备用，通过变频器调节进水量。c）回流泵按照设置时间工作。d）产水泵按照设置时间工作，在膜池高液位时工作，直到变为低液位，默认开8 min停2 min间歇工作（实际开关时间可在系统中设置），轮换工作、互为备用。e）过滤泵在中间池高液位时工作，直到变为低液位，轮换工作、互为备用。f）风机按照设置时间工作，并能够设置间歇性工作时间，两用一备、手动切换，通过变频器调节风量，根据溶氧量自动调节风机频率。g）搅拌按照设置时间工作，并能够设置间歇性工作时间。h）回用泵根据设置压力恒压供水，1号泵常用，故障时2号泵自动启动。

2.3 数据监测

污水处理设备监测数据包括进水流量、产水流量、液位、膜压力、回用压力、pH、溶解氧、能耗等数据，监测数据如图2所示。流量、能耗、膜压力、连续液位等数据通过RS485接口解析MODBUS协议获取，提升井、中间池等液位以开关量形式获取，回用压力通过解析4～20 mA信号实时获取回用管路压力。

图2 污水处理设备监测数据

2.4 电气系统硬件设计

根据系统控制及数据监测要求，电气系统由PLC可编程逻辑控制器、人机交互触摸屏、4G无线远程监测、空气开关、中间继电器、接触器、热继电器、485信号隔离等组成[4]，硬件连接如图3所示。

图3 硬件系统连接图

根据工艺控制要求，PLC共需要46个输入信号点、32个输出信号点、4组模拟量输出、2组模拟量输入，选用西门子Smart 200 ST60 PLC、DT32、AM06、AQ04扩展模块，人机交互触摸屏选取昆仑通态TCP 1071Gi，4G无线远程监测模块选取巨控GRM230，能够实现远程数据监测、微信故障告警。